Cientistas conseguem integrar sistema eletrônico com células vivas do cérebro

Cientistas da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, combinaram células cerebrais vivas com uma malha 3D de fios metálicos e eletrodos microscópicos. Além de ajudar a desvendar os mistérios do órgão, a ferramenta poderá ser utilizada no desenvolvimento de tratamentos para doenças neurológicas. A pesquisa que descreve a nova técnica foi publicada nesta quinta-feira (23) na revista científica Nature Electronics. O novo dispositivo funciona de dentro para fora, ao contrário dos experimentos anteriores que dependiam de culturas 2D cultivadas em placas de Petri ou de aglomerados 3D sondados e monitorados externamente. Sustentada por um revestimento de epóxi, a camada 3D é fina o suficiente para interagir com os neurônios que crescem ao seu redor, formando uma vasta rede neural capaz de realizar cálculos computacionais. Ao longo de seis meses, os pesquisadores acompanharam a evolução do sistema e experimentaram diferentes maneiras de fortalecer e enfraquecer as conexões entre neurônios. Durante este período, eles também treinaram o algoritmo para que este fosse capaz de reconhecer padrões de pulsos elétricos. Essa abordagem permitiu à equipe registrar e estimular a atividade elétrica dos neurônios com precisão, já que a sua arquitetura “de dentro para fora” permitiu maior estabilidade dos neurônios. Redes neurais biológicas 3D A descoberta faz parte de um campo de estudo promissor chamado “Computação de Software Úmido”. A ideia é fazer células crescem junto a um dispositivo sintético e se entrelaçar com ele, ao invés de simplesmente se depositarem sobre a tecnologia. Como os sensores estão posicionados bem no interior do aglomerado de células, os pesquisadores conseguiram detectar os sinais neurais com clareza. Sistemas como esse, conhecidos como redes neurais biológicas 3D “não apenas ajudam a desvendar os segredos computacionais do cérebro, mas também podem auxiliar na compreensão e possivelmente no tratamento de doenças neurológicas”, afirmou Kumar Mritunjay, da Universidade de Princeton, em comunicado. Sucesso da identificação de diferentes padrões e estímulos cerebrais pelo novo dispositivo revelou a sua proximidade com o funcionamento de um cérebro natural Flickr O dispositivo tem correspondido às expectativas. Em um dos testes, ele demonstrou a sua capacidade computacional ao distinguir com sucesso diferentes padrões espaciais, isto é, locais de origem dos sinais do cérebro. Em outro experimento, ele teve êxito em diferenciar pulsos elétricos, comprovando que o dispositivo híbrido processa tanto o “onde” quanto o “quando” os dados foram recebidos. Agora, os pesquisadores esperam ampliar o sistema a ponto da nova tecnologia poder realizar tarefas cada vez mais complexas. Não à toa, algumas das suas funções podem ser aplicadas em outras áreas de desenvolvimento da computação e da tecnologia. Isso porque o cérebro humano é o computador mais eficiente conhecido. O órgão é capaz de realizar raciocínios complexos e reconhecer padrões, mesmo consumindo um milhão de vezes menos energia do que os computadores digitais. A tecnologia, então, busca um atalho para a computação de baixíssimo custo energético e, por isso, tem utilizado células biológicas em seus estudos. Embora originalmente idealizado para pesquisa em neurociência, o projeto tem aplicações na solução da crise energética na inteligência artificial (IA) moderna. “O verdadeiro gargalo para a IA no futuro próximo é a energia. Nosso cérebro consome apenas uma fração minúscula – cerca de um milionésimo – da energia consumida pelos sistemas de IA atuais para realizar tarefas semelhantes”, observou Tian-Ming Fu, também da Universidade de Princeton.